CN112936497B - 一种一次成型饰面无醛生物质复合板材及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种一次成型饰面无醛生物质复合板材的制备方法，包括以下步骤：将植物纤维材料粉碎成碎屑或纤维；向碎屑或纤维中加入辅料和肥料并混匀，放入预制的模具中进行高压灭菌处理，得到灭菌后的培养料；将真菌菌种接种至灭菌后的培养料中，将装有接种培养料的模具放在无菌培养室中培养，培养过程采取出菇管理；取至少采集完第三潮菇之后的培养料干燥，在干燥后的培养料的上表面和下表面各覆盖一层木质单板，压制成型。板材芯层采用真菌培养料，表层为木质单板，仍保留木材天然色泽和纹理，装饰效果好，整个板材一次热压成型，板材芯层间、面层和芯层间均不添加任何胶黏剂，真正实现无醛环保，各项物理性能指标达到刨花板国家标准的要求。

Description

一种一次成型饰面无醛生物质复合板材及其制备方法
技术领域
本发明涉及人造板材制造技术领域，具体涉及一种一次成型饰面无醛生物质复合板材及其制备方法。
背景技术
人造板是以木质或其他非木质植物纤维为原料，经一定机械加工分离成各种单元后，通过胶黏剂胶合而成的板材或模压制品，主要包括胶合板、刨花板和纤维板三大类产品。人造板是家具制造的主要材料，人造板制成以后，表面一般需经过贴面加工后才能用于家具制造，常用贴面材料为木质单板、PVC膜、高压装饰板、树脂浸渍装饰纸、金属薄膜等。人造板在制造过程中通常采用甲醛系热固性树脂胶黏剂，是人造板甲醛释放的主要原因。即使采用无甲醛添加的胶黏剂制备人造板，贴面材料与人造板表面之间通常也需要用甲醛系胶黏剂实现紧密贴合，贴面后的人造板仍然存在一定程度甲醛释放问题。随着公众环保意识的增强和环保政策日益严格，提高人造板及其制品的环保等级是必然的发展趋势；另一方面，由于我国的森林资源匮乏，木材供需矛盾突出，开发和利用各类生物质原料对解决木材工业原料不足具有重要意义。
真菌基菌丝体是真菌菌丝的集合体，其主要成分是蛋白质、葡聚糖、壳多糖(几丁质)等，在适宜条件下具有一定的粘结作用，能将木质和非木质植物纤维材料通过菌丝的生长作用粘结到一起，可以制备生物质菌丝复合材料。现有相关专利报道如下：专利CN108214771A公开了一种生物基菌丝刨花板的生产方法，将菌丝体用于制造刨花板；专利CN108202385A公开了一种环保型生物质板的制备方法及其应用，专利CN107457879A公开了利用菌糠生产无胶纤维板的方法，专利CN108202385A和专利CN107457879A将菌丝体用于制造秸秆纤维板。
以上专利制备的板材目前只能用于非承重场合或作为隔音、隔热、包装材料使用，其强度性能尚不能达到《新刨花板国家标准》GB4897-2015中家具型刨花板要求，且均需经过表面加工处理并采用胶黏剂进行贴面后才能应用于装饰建材领域，目前尚无利用菌丝体材料直接制造性能可满足家具型刨花板国标要求的饰面人造板材产品的报道。
发明内容
针对上述现有技术，本发明的目的是提供一种一次成型饰面无醛生物质复合板材及其制备方法，板材芯层采用真菌培养料(菌丝体/生物质纤维复合材料)，表层为木质单板，仍保留木材天然色泽和纹理，具有较好装饰效果，整个板材制备过程一次热压成型，简化了传统贴面人造板需要先制造板材再进行贴面的生产工艺，板材芯层间、面层和芯层间均不添加任何胶黏剂，真正实现无醛环保，各项物理性能指标达到家具型刨花板国家标准的要求。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
本发明的第一方面，提供一种一次成型饰面无醛生物质复合板材的制备方法，包括以下步骤：
(1)将植物纤维材料粉碎成碎屑或纤维，风干备用；
(2)向步骤(1)制备的碎屑或纤维中加入辅料和肥料并混匀，调整含水量为50％-60％，按照一定的填充容积放入预制的模具中进行高压灭菌处理，得到灭菌后的培养料；
(3)将真菌菌种采用多点式接种的方式接至灭菌后的培养料中，将装有接种培养料的模具放置在无菌培养室，在温度为25-30℃，相对湿度为70-80％的条件下培养，培养过程中进行出菇管理；
(4)取至少采集完第三潮菇之后的培养料在50-70℃下干燥至含水率10-25％，在干燥后的培养料的上表面和下表面各覆盖一层木质单板，进行压制成型，得到一次成型饰面无醛生物质复合板材。
优选的，步骤(1)中，植物纤维材料为木质或非木质纤维材料，木质纤维材料为针叶材、阔叶材纤维中的一种或几种；非木质纤维为秸秆、麦秆、棉杆、稻杆、豆杆、甘蔗渣、棉籽壳、玉米芯中的一种或几种。
优选的，步骤(1)中，植物纤维材料尺寸为粒径≤5mm，长度为2-20mm，长宽比为1-25。
优选的，步骤(2)中，辅料为麦麸、玉米面、米糠中的一种或几种，辅料占植物纤维材料重量比例不超过10％。
优选的，步骤(2)中，灭菌条件为温度121℃，压强0.15MPa，时间2小时。
优选的，步骤(2)中，肥料为尿素、硫酸铵、碳酸铵、碳酸氢铵、石灰氮、氯化铵、硝酸铵、过磷酸钙、硫酸钙中的一种或几种，肥料占植物纤维材料重量比例不超过1％。
优选的，步骤(2)中，填充容积为≤0.8g/cm3。
优选的，步骤(3)中，多点式接种为分别在培养料上下和左右表面每隔1-2cm距离至少接种1个点。
优选的，步骤(2)中，模具为长方体形状，长宽尺寸不限(但尺寸需要适合进行灭菌操作)，厚度≤15cm，模具材质要求透明、可透光，且耐热温度≥130℃。
优选的，步骤(3)中，真菌为大型子实体真菌，即能形成大型肉质子实体的蕈菌中的一种。
优选的，步骤(3)中，所述出菇管理为在培养过程中，培养料长满菌丝后一般7-10天进行出菇刺激，开始出第一潮菇，出菇后及时采收，继续维持之前的温度和湿度，间隔7-10天后再次进行出菇刺激，开始出第二潮菇，如此重复，能出4-5潮菇，整个过程需要50-65天。
优选的，步骤(4)中，压制成型的温度150-200℃，时间5-15min，压力2-5MPa。
优选的，步骤(4)中，压制成型时，是将培养料和木质单板一同放入热压机中，压制成型后将边缘部分锯切整齐。
优选的，步骤(4)中，木质单板为针叶材或阔叶材单板，含水率5-15％，厚度1.2-1.8mm。
本发明第二方面，提供利用上述制备方法制备得到的生物质复合板材。
本发明的有益效果：
1、简化了传统贴面人造板需要先制造板材再进行贴面的生产工艺，整个过程一次成型，板材芯层间、面层和芯层间均不添加任何胶黏剂，真正实现无醛环保。
2、板材采用生物质材料，突破了传统板材仅采用木质材料的限制，将原料扩大至非木质植物纤维材料，既利用了低成本植物纤维原料，提高产品附加值，也可有效缓解木材供需矛盾。
3、本发明的一次成型饰面无醛生物质复合板材，芯层采用真菌培养料(菌丝体/生物质纤维复合材料)，均匀、致密，内结合强度高，表层为木质单板，仍保留木材天然色泽和纹理，具有较好装饰效果，可省去贴面工序直接用于家装材料，各项物理性能指标达到相应国家标准的要求，能够满足工业化生产的需要。
附图说明
图1为一次成型饰面无醛生物质复合板材制备工艺示意图；
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
正如背景技术部分介绍的，目前采用大型真菌菌丝体制造的板材强度性能不能达到《新刨花板国家标准》GB4897-2015中家具型刨花板要求，只能用于非承重场合或作为隔音、隔热、包装材料使用，且均需经过表面加工处理并采用胶黏剂进行贴面后才能应用于装饰建材领域，目前尚无利用菌丝体材料直接制造性能满足家具型刨花板国标要求的饰面人造板材产品的报道。
基于此，本发明的目的是提供一种一次成型饰面无醛生物质复合板材的制备方法，本发明采用生物质材料，突破了传统板材仅采用木质材料的限制，将原料扩大至非木质植物纤维材料。板材芯层采用真菌培养料(菌丝体/生物质纤维复合材料)，表层为木质单板，仍保留木材天然色泽和纹理，具有较好装饰效果，整个板材制备过程一次成型，板材芯层间、面层和芯层间均不添加任何胶黏剂，真正实现无醛环保，各项物理性能指标达到刨花板国家标准的要求，简化了传统贴面人造板需要先制造板材再进行贴面的生产工艺。
为了使得本领域技术人员能够更加清楚地了解本申请的技术方案，以下将结合具体的实施例详细说明本申请的技术方案。
本发明实施例中所用的试验材料均为本领域常规的试验材料，均可通过商业渠道购买得到。
实施例1：
1)将苹果木粉碎至粒径2-4mm,长度为4-8mm，长宽比为1-10的木屑，风干备用；
2)在苹果木屑中加入10％的麦麸和1％的硫酸钙并混匀，调整含水量为55％-60％，按照0.8g/cm3的填充容积放入预制的模具中进行高压灭菌处理，灭菌条件为温度121℃，压强0.15MPa，时间2小时，得到灭菌后的培养料；
3)将灵芝菌种采用多点式接种的方式(在培养料上下和左右表面每隔1cm距离接种1个点)接至灭菌后的培养料中，将装有接种后培养料的模具放置在无菌培养室，在温度为25-30℃，相对湿度为70-80％的条件下培养，培养过程中进行出菇管理；
4)取采集完第三潮菇之后的培养料在55℃下干燥至含水率10％，在干燥后的培养料的上表面和下表面各覆盖一层杨木单板(单板含水率为10-12％，厚度1.6-1.7mm)，一同放入热压机中，在温度180℃，时间10min，压力3.5MPa下压制成型后将边缘部分锯切整齐，即得本发明的一次成型饰面无醛生物质复合板材。板材检测结果见表1。
实施例2：
1)将桃木粉碎至粒径3-5mm,长度为5-10mm，长宽比为1-15的木屑，风干备用；
2)在桃木屑中加入8％的麦麸和0.8％的过磷酸钙并混匀，调整含水量为50％-55％，按照0.75g/cm3的填充容积放入预制的模具中进行高压灭菌处理，灭菌条件为温度121℃，压强0.15MPa，时间2小时，得到灭菌后的培养料；
3)将平菇菌种采用多点式接种的方式(在培养料上下和左右表面每隔1.5cm距离接种1个点)接至灭菌后的培养料中，将装有接种后培养料的模具放置在无菌培养室，在温度为25-30℃，相对湿度为70-80％的条件下培养，培养过程中进行出菇管理；
4)取采集完第三潮菇之后的培养料在50℃下干燥至含水率15％，在干燥后的培养料的上表面和下表面各覆盖一层桉木单板(单板含水率为10-12％，厚度1.6-1.7mm)，一同放入压机中，在温度170℃，时间12min，压力4.0MPa下压制成型后将边缘部分锯切整齐，即得本发明的一次成型饰面无醛生物质复合板材。板材检测结果见表1。
实施例3：
1)将杨木粉碎至粒径1-3mm,长度为2-5mm，长宽比为1-6的木屑，风干备用；
2)在杨木屑中加入9％的麦麸和0.8％的硫酸钙并混匀，调整含水量为55％-60％，按照0.75g/cm3的填充容积放入预制的模具中进行高压灭菌处理，灭菌条件为温度121℃，压强0.15MPa，时间2小时，得到灭菌后的培养料；
3)将秀珍菇菌种采用多点式接种的方式(在培养料上下和左右表面每隔2cm距离接种1个点)接至灭菌后的培养料中，将装有接种后培养料的模具放置在无菌培养室，在温度为25-30℃，相对湿度为70-80％的条件下培养，培养过程中进行出菇管理；
4)取采集完第四潮菇之后的培养料在60℃下干燥至含水率12％，在干燥后的培养料的上表面和下表面各覆盖一层杨木单板(单板含水率为8-10％，厚度1.6-1.7mm)，一同放入压机中，在温度200℃，时间8min，压力3.0MPa下压制成型后将边缘部分锯切整齐，即得本发明的一次成型饰面无醛生物质复合板材。板材检测结果见表1。
对照例1与实施例1相比，对照例1为用单点接种方式的培养料制备的板材。
对照例1：
1)将苹果木粉碎至粒径2-4mm,长度为4-8mm，长宽比为1-10的木屑，风干备用；
2)在苹果木屑中加入10％的麦麸和1％的硫酸钙并混匀，调整含水量为55％-60％，按照0.8g/cm3的填充容积放入预制的模具中进行高压灭菌处理，灭菌条件为温度121℃，压强0.15MPa，时间2小时，得到灭菌后的培养料；
3)将灵芝菌种采用单点式接种的方式(在培养料上下和左右表面中心位置各接种1个点)接至灭菌后的培养料中，将装有接种后培养料的模具放置在无菌培养室，在温度为25-30℃，相对湿度为70-80％的条件下培养，培养过程中进行出菇管理；
4)取采集完第三潮菇之后的培养料在55℃下干燥至含水率10％，在干燥后的培养料的上表面和下表面各覆盖一层杨木单板(单板含水率为10-12％，厚度1.6-1.7mm)，一同放入压机中，在温度180℃，时间10min，压力3.5MPa下压制成型后将边缘部分锯切整齐，即得本发明的一次成型饰面无醛生物质复合板材。板材检测结果见表1。
对照例2与实施例1相比，对照例2为用采集完第一潮菇之后的培养料制备的板材。
对照例2：
1)将苹果木粉碎至粒径2-4mm,长度为4-8mm，长宽比为1-10的木屑，风干备用；
2)在苹果木屑中加入10％的麦麸和1％的硫酸钙并混匀，调整含水量为55％-60％，按照0.8g/cm3的填充容积放入预制的模具中进行高压灭菌处理，灭菌条件为温度121℃，压强0.15MPa，时间2小时，得到灭菌后的培养料；
3)将灵芝菌种采用多点式接种的方式(在培养料上下和左右表面每隔1cm距离接种1个点)接至灭菌后的培养料中，将装有接种后培养料的模具放置在无菌培养室，在温度为25-30℃，相对湿度为70-80％的条件下培养，培养过程中进行出菇管理；
4)取采集完第一潮菇之后的培养料在55℃下干燥至含水率10％，在干燥后的培养料的上表面和下表面各覆盖一层杨木单板(单板含水率为10-12％，厚度1.6-1.7mm)，一同放入压机中，在温度180℃，时间10min，压力3.5MPa下压制成型后将边缘部分锯切整齐，即得本发明的一次成型饰面无醛生物质复合板材。板材检测结果见表1。
对照例3与实施例1相比，对照例3为用采集完第二潮菇之后的培养料制备的板材。
对照例3：
1)将苹果木粉碎至粒径2-4mm,长度为4-8mm，长宽比为1-10的木屑，风干备用；
2)在苹果木屑中加入10％的麦麸和1％的硫酸钙并混匀，调整含水量为55％-60％，按照0.8g/cm3的填充容积放入预制的模具中进行高压灭菌处理，灭菌条件为温度121℃，压强0.15MPa，时间2小时，得到灭菌后的培养料；
3)将灵芝菌种采用多点式接种的方式(在培养料上下和左右表面每隔1cm距离接种1个点)接至灭菌后的培养料中，将装有接种后培养料的模具放置在无菌培养室，在温度为25-30℃，相对湿度为70-80％的条件下培养，培养过程中进行出菇管理；
4)取采集完第二潮菇之后的培养料在55℃下干燥至含水率10％，在干燥后的培养料的上表面和下表面各覆盖一层杨木单板(单板含水率为10-12％，厚度1.6-1.7mm)，一同放入压机中，在温度180℃，时间10min，压力3.5MPa下压制成型后将边缘部分锯切整齐，即得本发明的一次成型饰面无醛生物质复合板材。板材检测结果见表1。
对照例4与实施例1相比，对照例4为采用不出菇培养方式得到的培养料制备的板材。
对照例4：
1)将苹果木粉碎至粒径2-4mm,长度为4-8mm，长宽比为1-10的木屑，风干备用；
2)在苹果木屑中加入10％的麦麸和1％的硫酸钙并混匀，调整含水量为55％-60％，按照0.8g/cm3的填充容积放入预制的模具中进行高压灭菌处理，灭菌条件为温度121℃，压强0.15MPa，时间2小时，得到灭菌后的培养料；
3)将灵芝菌种采用多点式接种的方式(在培养料上下和左右表面每隔1cm距离接种1个点)接至灭菌后的培养料中，将装有接种后培养料的模具放置在无菌培养室，在温度为25-30℃，相对湿度为70-80％的条件下，采用不出菇的方式进行培养；
4)取培养45天(与出第三潮菇时间基本相同)后的培养料在55℃下干燥至含水率10％，在干燥后的培养料的上表面和下表面各覆盖一层杨木单板(单板含水率为10-12％，厚度1.6-1.7mm)，一同放入热压机中，在温度180℃，时间10min，压力3.5MPa下压制成型后将边缘部分锯切整齐，即得本发明的一次成型饰面无醛生物质复合板材。板材检测结果见表1。
对照例5与实施例1相比，对照例5为直接采用培养料(上下表面不压贴单板)制备的板材作为对照。
对照例5：
1)将苹果木粉碎至粒径2-4mm,长度为4-8mm，长宽比为1-10的木屑，风干备用；
2)在苹果木屑中加入10％的麦麸和1％的硫酸钙并混匀，调整含水量为55％-60％，按照0.8g/cm3的填充容积放入预制的模具中进行高压灭菌处理，灭菌条件为温度121℃，压强0.15MPa，时间2小时，得到灭菌后的培养料；
3)将灵芝菌种采用多点式接种的方式(在培养料上下和左右表面每隔1cm距离接种1个点)接至灭菌后的培养料中，将装有接种后培养料的模具放置在无菌培养室，在温度为25-30℃，相对湿度为70-80％的条件下培养，培养过程中进行出菇管理；
4)取采集完第三潮菇之后的培养料在55℃下干燥至含水率10％，将干燥后的培养料放入压机中，在温度180℃，时间10min，压力3.5MPa下压制成型后将边缘部分锯切整齐，即得本发明的一次成型饰面无醛生物质复合板材。板材检测结果见表1。
表1实施例1-3与对照例1-5技术指标比较表
Figure BDA0002942694900000071
Figure BDA0002942694900000081
参考标准：《新刨花板国家标准》GB4897-2015和《室内装饰装修材料、人造板及其制品中甲醛释放限量标准》GB18580-2001。
通过表1可知，以本发明的一次成型饰面无醛生物质复合板材性能满足《新刨花板国家标准》GB4897-2015中对家具型刨花板的要求(内结合强度≥0.4MPa，弹性模量≥1800MPa，静曲强度≥11MPa，2h吸水厚度膨胀率≤8％)，而采用对照例1-5的板材性能明显降低，采用对照例5的板材需贴面后才能用于表面装饰。
结果表明，本发明的一次成型饰面无醛生物质复合板材制备方法是一个有机的整体，减少或改变制备方法中的某一步骤都会使制备的复合板材的性能明显降低。
本发明中复合板材的强度主要由芯材的内部结合强度和芯材表面与木材单板结合力来决定，这些性能与菌丝的浓密度密切相关。菌丝和植物纤维材料以及木材的结合有两种方式：一种方式是菌丝在生长过程中可缠绕并长入植物纤维中，将纤维材料连接紧固；另一种方式是菌丝体中的蛋白质、葡聚糖、壳多糖等物质在高温高压下可发挥胶黏作用，将植物纤维材料以及木材粘结起来。单点接种在培养料的各表面均只接种一个点，由这个点长出的菌丝较为稀疏，且平面方向分布不均匀，特别是边缘部分菌丝较少，影响菌丝与木材的结合，最终导致芯材内结合强度较低，芯材表面和单板结合力弱。多点接种可以保证菌丝从多个点长出，在培养料内部和表面均长得更加浓密和均匀，有助于提高菌丝与纤维材料以及木材的粘结作用，特别是可以促进培养料表面和木材单板的结合，从而顺利达到一次成型的目的。
在菌丝的培养过程中，菌丝不断生长，主要体现在长长、长粗和分支；同时菌丝体分泌酶，植物纤维材料经过菌丝体分泌的酶的降解作用，其纤维素、半纤维素和木质素发生不同程度降解，随着出菇的进行，降解程度逐渐深入，经过试验得出：如果在整个过程中采取不出菇培养的方案，纤维素、半纤维素和木质素降解程度不够，得到的培养料压制板材强度较低；如果采取出菇培养的方案，当出菇达到三潮以后，纤维素、半纤维素和木质素可降解到一定程度，此时植物纤维材料一定程度软化，压制成型时材料压缩程度增加，有利于增加材料接触面积，提高粘结效果，形成致密的芯层，达到一定内结合强度；同时部分降解的木质素也可以发挥胶黏作用，在高温高压条件下将植物纤维材料之间以及植物纤维材料和木质单板之间粘结起来，使板材达到较高综合性能以及饰面效果。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种一次成型饰面无醛生物质复合板材的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将植物纤维材料粉碎成碎屑或纤维，风干备用；
（2）向步骤（1）制备的碎屑或纤维中加入辅料和肥料并混匀，调整含水量为50%-60%，按照一定的填充容积放入预制的模具中进行高压灭菌处理，得到灭菌后的培养料；
（3）将真菌菌种采用多点式接种的方式接至灭菌后的培养料中，将装有接种培养料的模具放置在无菌培养室，在温度为25-30oC，相对湿度为70-80%的条件下培养，培养过程中进行出菇管理；
（4）取至少采集完第三潮菇之后的培养料在50-70oC下干燥至含水率10-25%，在干燥后的培养料的上表面和下表面各覆盖一层木质单板，进行压制成型，得到一次成型饰面无醛生物质复合板材；
步骤（3）中，多点式接种为分别在培养料上下和左右表面每隔1-2cm距离至少接种1个点；
步骤（3）中，所述出菇管理为在培养过程中，培养料长满菌丝后7-10天进行出菇刺激，开始出第一潮菇，出菇后及时采收，继续维持之前的温度和湿度，间隔7-10天后再次进行出菇刺激，开始出第二潮菇，如此重复，能出4-5潮菇，整个过程需要50-65天；
步骤（4）中，压制成型的温度150-200oC，时间5-15min，压力2-5MPa。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤（1）中，植物纤维材料为木质或非木质纤维材料，木质纤维材料为针叶材、阔叶材纤维中的一种或几种；非木质纤维为秸秆、麦秆、棉杆、稻杆、豆杆、甘蔗渣、棉籽壳、玉米芯中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤（2）中，辅料为麦麸、玉米面、米糠中的一种或几种，辅料占植物纤维材料重量比例不超过10%。
4. 根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤（2）中，灭菌条件为温度121 oC，压强0.15MPa，时间2小时。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤（2）中，肥料为尿素、硫酸铵、碳酸铵、碳酸氢铵、石灰氮、氯化铵、硝酸铵、过磷酸钙、硫酸钙中的一种或几种，肥料占植物纤维材料重量比例不超过1%。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤（2）中，填充容积为≤0.8g/cm3。
7.利用权利要求1-6任一项所述的制备方法制备得到的生物质复合板材。
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